DE2802950C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Eine derartige Vorrichtung ist Gegenstand des Hauptpatentes 26 04 700 sowie des ersten Zusatzpatentes 27 55 710 und des zweiten Zusatzpatentes 27 55 711.

Diese Patente betreffen Vorrichtungen zur opto-mechanischen Abtastung eines in Bereiche eingeteilten Gesichtsfeldes und zur Sichtbarmachung dieses Feldes, wobei die Abtastung in zwei aufeinander senkrechten Richtungen, nämlich in einer als Zeilenabtastung bezeichneten x-Richtung und in einer als Bild- oder Rasterabtastung bezeichneten y-Richtung erfolgt und die Vorrichtung diese Abtastungen gemäß den von den einzelnen Bereichen des Gesichtsfeldes ausgehenden Strahlen vornimmt und diese Strahlen auf ein für die in den Strahlen enthaltene Strahlung empfindliches Element konvergieren läßt und in der Reihenfolge des von dem Gesichtsfeld kommenden, einfallenden Medianstrahles im allgemeinen ein infrarotdurchlässiges Objektiv, Einrichtungen für die Rasterabtastung in der y-Richtung, ein Ablenksystem für die Umlenkung der durch die Öffnung des Objektivs begrenzten Strahlenbündel in Richtung auf die Zeilenabtasteinrichtung für die Abtastung des Bildfeldes des Objektivs in der x-Richtung und das empfindliche Element (Detektor) enthält und die Zeilenabtasteinrichtungen, das empfindliche Element und gegebenenfalls weitere, mit den vorhergenannten in Verbindung stehende Teile zur unmittelbaren Sichtbarmachung des Bildes des analysierten Gesichtsfeldes dienen, wobei

• - die optische Achse des Objektivs in einer die y-Richtung enthaltenden, zur x-Richtung senkrechten Ebene P liegt, das Objektiv auswechselbar ist und seine Brennfläche gekrümmt ist und zwar derart, daß ihr Krümmungsmittelpunkt in der Mitte der Austrittspupille des Objektivs liegt,
• - die Rasterabtasteinrichtungen aus einem ebenen Drehspiegel bestehen, der sich um eine zur x-Richtung parallele Achse hin- und herdreht und im konvergierenden Strahlengang hinter dem Objektiv nahe dem Bildfeld des Objektivs liegt,
• - die Zeilenabtasteinrichtungen einerseits aus einer sich gleichförmig um eine fest in der Ebene P liegenden Achse YY′ drehenden Trommel, die eine große Zahl von planen, reflektierenden, regelmäßig über ihren Umfang verteilten Flächen besitzt und andererseits aus einem zur Ebene P symmetrischen Bildtransportsystem bestehen, das ein Bild des empfindlichen Elements in einem festen Punkt A′ auf der Drehachse YY′ der Trommel erzeugt, und die Trommel im konvergierenden Strahlengang des Bildtransportsystems auf der Bildseite des empfindlichen Elements liegt, wobei der Symmetriepunkt des Punktes A′ in Bezug auf jede Fläche der Trommel nahe bei dem Bildpunkt D des Brennpunktes F des Objektivs liegt, wenn die Fläche der Trommel senkrecht zur Ebene P steht und der Rasterspiegel sich in seiner Stellung parallel zu YY′ befindet,
• - das Ablenksystem aus einem konkaven, Feldspiegel genannten Spiegel besteht, dessen Scheitelpunkt nahe D auf einer durch D verlaufenden, zu YY′ senkrechten Achse ZZ′ liegt, wobei dieser Feldspiegel derart ausgelegt ist, daß er den Mittelpunkt O der Austrittspupille des Objektivs zu einem festen Punkt O′ auf der Achse YY′ konjugiert, der in Bezug auf ZZ′ der Symmetriepunkt des Schnittpunktes der Konjugierten der optischen Achse des Objektivs mit der Achse ZZ′ ist, und daß der Feldspiegel in x-Richtung höchstens eine Breite hat, die etwas geringer als die Länge der analysierten Zeile ist, die selbst gleich der Entfernung zwischen den Bildern des Detektors in zwei aufeinanderfolgenden Flächen der Trommel ist, und der Feldspiegel gegebenenfalls eine Bewegung mit kleiner Amplitude und in Phase mit der Bewegung der Rasterabtasteinrichtungen erteilt erhält, welche Bewegung einerseits eine Translation abwechselnden Vorzeichens längs der Achse ZZ′ nahe D und andererseits eine Rotation wechselnden Vorzeichens um eine Achse parallel zur x-Richtung symmetrisch in Bezug auf ZZ′ umfaßt, und die Amplitude der translatorischen Bewegung so bemessen ist, daß sie die durch die Rasterabtasteinrichtungen hervorgerufene Defokussierung korrigiert, und die Amplitude der rotierenden Bewegung so bemessen ist, daß sie die Konjugierung des Mittelpunktes O der Austrittspupille des Objektivs durch den Feldspiegel in den festen Punkt O′ trotz der abwechselnden Drehung der Rasterabtasteinrichtungen sicherstellt.

Bei dieser Vorrichtung gelingt es, die während der Rasterabtastung auftretende Defokussierung des Analysenbündels in der Gegend des Punktes D zu vermeiden. Ferner gelingt es, dafür zu sorgen, daß das Bündel mit konstantem Auftreffwinkel des Zentralstrahls das Zeilenabtastsystem durchläuft, und zwar unabhängig von der Richtung des zu analysierenden Feldes. Dies gelingt durch Kombination und Synchronisation zwischen der hin und hergehenden Drehbewegung des Rasterabtastspiegels und der Rotation und Translation des Feldspiegels.

Bei derartigen Systemen ist es wichtig, daß die oszillierende Masse des Rasterabtastspiegels und folglich seine Abmessungen beschränkt sind. Aus diesem Grund wird dieser Spiegel möglichst nahe an den Brennpunkt des Objektivs gesetzt. Dieses Ziel wird gemäß der deutschen Patentschrift 20 11 883 angestrebt. In dieser Patentschrift ist eine Abtastvorrichtung für ein Gesichtsfeld beschrieben, die in nur einer Richtung mit Hilfe eines Planspiegels arbeitet, der das durch das Objektiv übertragene Lichtbündel hin und hergehen läßt, wobei das Lichtbündel konstant auf ein und denselben Punkt fokussiert ist. Dieses Ergebnis wird dadurch erreicht, daß der Planspiegel derart entlang einer elliptischen Kurve bewegt wird, daß er eine Tangente an die Kurve darstellt. Einer der beiden Ellipsenbrennpunkte liegt in der Hauptebene des Objektivs, während der andere in dem genannten festen Punkt liegt. Die Brennweite f des Objektivs ist dabei gemäß dieser Patentschrift gleich der Summe der beiden Halbachsen a und b der Ellipse, was bedeutet, daß a gleich b ist. Daraus folgt, daß die vom rein theoretischen Standpunkt aus gesehene Ellipse in Wirklichkeit ein Kreis ist, und daß gemäß dieser Patentschrift der Brennpunkt in der Hauptebene des Objektivs liegt. Bei einer derartigen Anordnung besteht wenig Platz zwischen dem Objektiv und dem Brennpunkt. Es wäre folglich schwierig, in den Brennpunkt den Scheitel des Feldspiegels der opto-mechanischen Abtasteinrichtung gemäß dem Hauptpatent, auf das sich die Erfindung bezieht, einzusetzen. Darüber hinaus weisen die Zentralstrahlen der Analysebündel nach ihrer Konvergenz auf den festen Punkt verschiedene, von der jeweiligen Richtung des zu analysierenden Feldes abhängige Orientierungen auf. Daraus folgt, daß die Vorrichtung gemäß der deutschen Patentschrift 20 11 883 für sich allein betrachtet nicht die Rasterabtastung gemäß dem Hauptpatent durchführen kann. Ein anderer Nachteil der aus der PS 20 11 883 bekannten Vorrichtung besteht darin, daß der Spiegel sich auf einer Ellipse bewegt, die in der Nähe ihrer kleinen Achse nahezu kreisförmig ist, und zwar in einem Abstand, der praktisch gleich der halben Brennweite des Objektivs ist. Die Breite des ausgeschnittenen Bündels und die Spiegelfläche bleiben deswegen relativ groß, aus welchem Grund der Spiegel ein entsprechendes Gewicht und entsprechende Abmessungen aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der einleitend angegebenen Gattung mit einer Rasterabtastung zu versehen, bei der die vorerwähnten Schwierigkeiten behoben sind.

Diese Aufgabe ist bei Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art durch die in den jeweiligen kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 bzw. 5 bzw. 6 auf drei verschiedene Wege gelöst.

Entsprechend der Erfindung besteht die Rasterabtasteinrichtung im wesentlichen aus einem Planspiegel, dessen Bewegung auf die Bewegung des Feldspiegels derart abgestimmt ist, daß das Bündel auf einen festen Punkt, der im wesentlichen im Scheitelpunkt des konkaven Feldspiegels liegt, fixiert wird, und daß gleichzeitig der Zentralstrahl des Bündels eine gleichbleibende Richtung aufweist, unabhängig von der jeweiligen Richtung des untersuchten Feldpunktes.

Gemäß der Erfindung wird der Rasterabtastspiegel auf einer Kurve derart hin und herbewegt, daß er sich in jeder Bewegungsphase ziemlich nahe am Brennpunkt des Objektivs befindet und daß das Bündel auf einen festen Punkt, unabhängig von der Richtung des analysierten Feldes, fokussiert wird. Der Feldspiegel wird seinerseits in eine zur Bewegung des Rasterabtastspiegels synchrone Bewegung versetzt, so daß er den Zentralstrahl des von dem Rasterabtastspiegel analysierten Lichtbündels in eine feste Richtung reflektiert.

Gemäß der im Anspruch 1 angegebenen Lösung, die dem Fall entspricht, in dem die Fokalfläche des Objektivs sphärisch ist und ihre konkave Seite gegen das Objektiv zeigt, ist die Bewegungsbahn des Rasterabtastspiegels eine Ellipse mit einer Exzentrizität, die sich wesentlich von Eins unterscheiden kann, wobei einer der Brennpunkte der Ellipse im Zentrum der Austrittspupille des Objektivs liegt, während der andere Brennpunkt den festen Fokussierungspunkt des Lichtbündels darstellt und im wesentlichen auf dem Scheitel des Feldspiegels liegt und mit dem Bild des Detektors, das durch die Zeilenabtasteinrichtung erzeugt wird, in der Mitte einer Zeile zusammenfällt. Der Feldspiegel oszilliert synchron mit dem Rasterabtastspiegel um eine Achse, die durch den Brennpunkt geht derart, daß der Zentralstrahl des Bündels in eine feste Richtung reflektiert und so das Zentrum der Austrittspupille mit dem festen Punkt der Drehachse des Zeilenabtastsystems konjugiert wird.

Eine vereinfachte Ausführungsform der Erfindung, die vorzugsweise dann verwendet wird, wenn die Amplitude der Rasterabtastung begrenzt ist, besteht darin, daß für die Rollbewegung des Rasterabtastspiegels der Krümmungskreis dieser Ellipse im Berührungspunkt mit dem Spiegel gewählt wird, wobei der Berührungspunkt der Mittenrichtung des analysierten Feldes entspricht und im Zentrum der Ellipsenkurve liegt. Im Zentrum des Feldes entsteht dadurch eine geringfügige Defokussierung. Diese wird dadurch reduziert, daß die Rotationsachse des Feldspiegels in Bezug auf den Brennpunkt der Ellipse um eine sehr kleine Strecke verschoben wird.

Gemäß den in den Ansprüchen 5 und 6 angegebenen Lösungen kann die Bewegungskurve des Rasterabtastspiegels in Abhängigkeit von der jeweiligen Krümmung der Fokalfläche des Objektivs ein anderer Kegelschnitt als eine Ellipse sein. Für den Fall einer ebenen Brennfläche und einer Austrittspupille des Objektivs, die im Parallelstrahlengang und folglich scheinbar im Unendlichen liegt, ist die Kurve eine Parabel. Für eine gegen das einfallende Licht konvexe Fokalfläche und einer Austrittspupille, die hinter der Fokalfläche liegt, ist die Bewegungskurve des Rasterabtastspiegels eine Hyperbel.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung im Schnitt einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur opto-mechanischen Abtastung eines Gesichtsfeldes gemäß Hauptpatent und dem ersten und zweiten Zusatz,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Rasterabtastsystems in Verbindung mit einem Feldspiegel gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine besondere Ausführungsform des Rasterabtastsystems,

Fig. 4 eine Kurve, die die Korrektur der Defokussierung in Abhängigkeit des Feldwinkels bei einer Ausführungsform nach Fig. 3 wiedergibt.

In Fig. 1 ist im Schnitt durch die Symmetrieebene P der Aufbau der Vorrichtung gemäß Hauptpatent sowie dessen erstem und zweitem Zusatz zu erkennen. Mit dem Bezugszeichen 11 ist ein festes Objektiv bezeichnet, dessen optische Achse das Zeichen 12 und dessen Brennpunkt das Zeichen F trägt. Das Objektiv 11 ist in dieser Figur als Linsenobjektiv dargestellt. Aus dem Hauptpatent kann bereits entnommen werden, daß dieses Objektiv auch durch Spiegel realisiert sein kann. Die optische Achse 12 schneidet die Achse YY′ im Punkt E. Die Achse YY′ ist die Rotationsachse eines Systems, das eine Antriebsvorrichtung 13 und eine Trommel 13′ enthält, auf deren Außenmantel eine Vielzahl von reflektierenden Flächen angeordnet ist. Wie im Hauptpatent ausgeführt, kann diese Trommel mehrere Formen besitzen. Im vorliegenden Beispiel ist sie prismatisch, wobei die reflektierenden Flächen regelmäßig um die Achse YY′ verteilt sind. Eine dieser Flächen ist mit 17 bezeichnet und befindet sich in einer Position rechtwinklig zur Ebene P. Der Planspiegel 14, der sogenannte Rasterabtastspiegel, ist um eine zur Zeichenebene senkrechte und durch den Punkt E gehende Achse beweglich. Diese Achse kann auch durch einen anderen als durch den Punkt E gehen. Diese in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform ist nur dann vorzuziehen, wenn die Vorrichtung, wie im Hauptpatent ausgeführt, zusätzliche Mittel aufweist, um eine direkte Darstellung des Feldes mit Hilfe von Elektrolumineszenzdioden zu erzielen. Der Spiegel 14 reflektiert jedes Lichtbündel, das durch das Objektiv aus dem Feld kommt, gegen den Spiegel 16, wo ein Bild des Feldes im wesentlichen auf diesem Spiegel gebildet wird. In Fig. 1 ist ein Lichtbündel 15 eingezeichnet, dessen Zentralstrahl mit der optischen Achse 12 zusammenfällt, wobei sich das Bild im Punkt D auf der zur Achse YY′ senkrechten Achse ZZ′ legt. Der Punkt D entspricht dem Zentrum des Feldes.

Der Spiegel 14 (Rasterabtastspiegel) besorgt die Abtastung des Feldes in y-Richtung, senkrecht zur Achse 12 und parallel zur Zeichenebene.

Die Vorrichtung enthält einen Konkavspiegel, der aus zwei Teilen von Paraboloiden 18 bzw. 18′ besteht, deren Symmetriedrehachse die Achse YY′ist, und deren reflektierende Flächen sich gegenüberstehen. Die Scheitel der Paraboloide sind jeweils mit S und S′, ihre Brennpunkte mit A und A′ bezeichnet. Sie liegen auf der YY′-Achse. A′ ist symmetrisch zum Punkt D′ in Bezug auf die Fläche 17 der Trommel 13′.

Das System, das aus der sich drehenden Trommel 13′, dem Spiegel 18, 18′ und dem Detektor 19 besteht, ermöglicht während der Rotation der Trommel die Bildanalyse des durch das Objektiv 11 und den in der Nähe des Punktes D gelegenen Rasterabtastspiegel 14 gegebenen Feldbildes Zeile für Zeile in x-Richtung, senkrecht zur Zeichenebene. Dieses System stellt das Zeilenabtastsystem oder das x-Analysensystem dar. Der Spiegel 16, der symmetrisch zur Ebene (ZZ′, YY′) liegt und dessen Scheitelpunkt in der Nähe von D ist, konjugiert optisch das Zentrum der Ausgangspupille O des Objektivs 11 mit dem auf der YY′-Achse gelegenen Punkt O′, der zu dem Punkt E in Bezug auf die Achse ZZ′ symmetrisch ist. Auf die Weise wird erreicht, daß jedes von der Ausgangspupille des Objektivs 11 ausgehende Lichtbündel auf dem Detektor 19 konvergiert. Da der Spiegel 16 das Analysenfeld begrenzt, wird er Feldspiegel genannt.

In Fig. 2 ist die Vorrichtung nach der Erfindung in einem Teilschnitt durch die Symmetrieebene P dargestellt. Es ist das Objektiv 11, seine optische Achse 12 und sein Brennpunkt F zu erkennen. Die Kurve 21 stellt den Schnitt durch die Brennfläche dieses Objektivs mit der Ebene P dar.

Die Austrittspupille des Objektivs fällt nicht mit der Hauptebene des Objektivs zusammen. Die Pupille trägt das Bezugszeichen 22, während die Hauptebene bei 11 liegt. Das Zentrum der Pupille ist der Punkt O. In diesem Beispiel ist die Brennfläche, gesehen von dem Punkt O, sphärisch konkav. Der Krümmungsmittelpunkt liegt bei O. Die Kurve 21 ist folglich ein Kreisbogen. Gleichermaßen ist in dieser Figur die Rotationsachse YY′ des Zeilenabtastsystems zu erkennen. Der Punkt D fällt mit dem Bild des Detektors, das von dem Zeilenabtastsystem geliefert wird, zusammen, wenn der Abtaststrahl inmitten einer Zeile ist. Der Punkt O′, der auf der Achse YY′ liegt, ist ein fester Punkt, der zum Punkt O durch den Rasterabtastspiegel und den Feldspiegel optisch konjugiert ist. Die Stellung und Bewegung des Feldspiegels werden später beschrieben. Mit 23 ist eine Ellipse bezeichnet, deren Brennpunkte die Bezugszeichen O und D tragen, und deren große Achse die gleiche Länge wie die Strecke OF aufweist. Diese ist wie erwähnt gleich dem Krümmungsradius der Brennfläche 21. Der Rasterabtastspiegel, dessen reflektierende Fläche dem Punkt D gegenüberliegt, stellt während seiner Bewegung beständig eine Tangente der Ellipse dar. Der Berührpunkt zwischen Spiegel und Ellipse ist dabei der Schnittpunkt der Ellipse mit dem Zentralstrahl des analysierten Bündels. In Fig. 2 sind zwei dieser Lichtbündel dargestellt. Das mittlere Bündel 15 konvergiert in Punkt F. Für dieses befindet sich der Rasterabtastspiegel in der Position T. Dabei ist der Berührungspunkt mit der Ellipse der Punkt E, also gleich der Schnittpunkt des Strahles 12 mit der Ellipse. Das äußere Bündel 24 konvergiert im Punkt F 1 auf der Kurve 21. Für dieses befindet sich der Rasterabtastspiegel in der Position T 1. Der Berührungspunkt mit der Ellipse ist der Punkt E 1, also der Schnittpunkt des Strahls 25 mit der Ellipse. Die Punkte F 2 und E 2 auf der Kurve 21 bzw. der Kurve 23 sind zu den Punkten F 1 und E 1 analoge Punkte für das äußere Analysenbündel, das zu dem Bündel 24 in Bezug auf die optische Achse symmetrisch ist. Wenn sich der Rasterabtastspiegel auf der Ellipse 23 zwischen den Punkten E 1 und E 2 hin und herbewegt, wird das Analysenbündel auf den Punkt D, unabhängig von der Position des Rasterabtastspiegels auf der Ellipse, fokussiert. Auf diese Weise ist eine Rasterabtastung geschaffen worden, bei der keine Defokussierung im Punkt D auftritt. Im Punkt D befindet sich der Scheitel des konkaven Feldspiegels 16. Dieser wird in eine zur Bewegung des Rasterabtastspiegels synchrone Drehbewegung um eine zur Ebene P senkrechte und durch den Punkt D verlaufende Achse versetzt. Dabei wird der Zentralstrahl des analysierten Bündels, wie beispielsweise 12 oder 25, in die Richtung DO′ reflektiert. Vorzugszweise wird zur Verkleinerung des Rasterabtastspiegels und zur Verringerung eines Gewichtes der Bogen E 1, E 2 der Ellipse in die Nähe des Punktes D in möglichst großer Entfernung von der kleinen Achse der Ellipse gelegt.

In der Praxis wird die Bewegung des Spiegels beispielsweise mit Hilfe von entlang der Ellipse 23 verlaufenden zur Ebene P parallelen Ebenen liegenden Rollschienen erreicht. Diese liegen auf beiden Seiten der Ebene derart, daß die Kurve 23 eine orthogonale Projektion der Schienen auf die Ebene P darstellt. Mechanische Andrückvorrichtungen sichern den gleitfreien Kontakt zwischen dem Spiegel und den Schienen.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung betrifft den Fall, in dem das analysierte Feld nicht sehr groß ist. In diesem Fall ist auch der Bogen F 1, F 2 nicht sehr groß und die Krümmungsmittelpunkte C 1, C 2 und C der Ellipse, die zu den Punkten E 1, E 2 und E gehören, liegen sehr nahe beieinander. In diesem Fall kann der Ellipsenbogen E 1, E 2 durch einen Kreis mit Mittelpunkt in C und Radius EC angenähert werden. In diesem Fall kann der Rasterabtastspiegel auf dem Kreisbogen bewegt werden. Ein einfaches Mittel zur Erzeugung einer derartigen Bewegung besteht darin, den Spiegel mit einem Punkt C drehbaren Hebel konstanter Länge zu verbinden. Eine derartige Bewegung führt zu einer geringfügigen Defokussierung. Diese Defokussierung 1 in Bezug auf D ist in Fig. 4 in Abhängigkeit des Winkels α zwischen der Analyserichtung und der optischen Achse des Objektivs durch die Kurve 41 wiedergegeben. In dieser Figur weisen die Defokussierung und der Winkel α stets das gleiche Vorzeichen auf. Sie sind Null für den Punkt F, positiv für den Bereich in Richtung auf den Punkt F 2 und negativ für den Bereich in Richtung auf den Punkt F 1. Die Defokussierung nimmt ihren maximalen Wert für die Punkte F 1 und F 2 (Punkte A und B der Kurve 41) an.

Gemäß der Erfindung kann das Ausmaß dieser Defokussierung verringert werden, indem in entsprechender Weise die Drehachse des Feldspiegels in der Ebene P relativ zum Punkt D verschoben wird.

Aus Fig. 3 kann die zur Kompensation der Defokussierung vorgenommene Verschiebung für verschiedene Richtungen des Analysefeldes, die den Punkten F, F 1 und F 2 entsprechen, entnommen werden. In dieser Figur ist die Brennfläche 21, der Brennpunkt F und der Bildpunkt F 1 des Feldes bei einer extremen Analyserichtung zu erkennen. Für diese Richtung nimmt der Winkel zwischen der optischen Achse 12, auf der der Punkt E der Fig. 2 liegt, zur Analyserichtung einen Winkel α M ein. Das Zentrum der Austrittspupille ist wiederum mit O und der dazu konjugierte Punkt auf der YX′- Achse mit O′ bezeichnet. Der Rasterabtastspiegel ist in seiner Position T 1. Dieser Spiegel umschließt den Kreisbogen 31 mit Radius EC. Das Bild des Punktes F 1 auf dem Rasterabtastspiegel in der Position T 1 ist F 1′. Die Defokussierung ist folglich DF′1. Zur Kompensation dieser Defokussierung wird die Achse des Feldspiegels parallel zur Ebene P zum Punkt I verschoben. Der Punkt I ist der Schnittpunkt der Winkelhalbierenden des Nebenwinkels des Winkels EDO′ und der Mittelsenkrechten der Strecke DF′1. Bei der Verschiebung bleibt die Drehachse des Spiegels senkrecht zur Ebene P. Während der Rasterabtastung oszilliert der Feldspiegel um den Punkt I, so daß die Fläche DI sich zwischen den Positionen 32 und der Position 33 erstreckt, die jeweils den Punkten F 1 und F 2 des Feldbildes im Objektiv entsprechen. Auf diese Weise sind die Maximalabweichungen der Fokussierung durch zwei geteilt. Die restlichen Fehler können aus dem Abstand zwischen der Kurve 41 und der Geraden AB der Figur entnommen werden.

Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung sich auch auf den Fall erstreckt, in dem die Brennfläche des Objektivs sphärisch konvex gegen das einfallende Lichtbündel ist und die Austrittspupille hinter der Brennfläche liegt. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Austrittspupille im Unendlichen liegt und die Brennfläche eben ist. Erfindungsgemäß bewegt sich in diesen Fällen der Spiegel auf dem Teil einer Hyperbel oder einer Parabel. Für den Fall der Hyperbel sind die Brennpunkte der Hyperbel im Zentrum der Austrittspupille des Objektivs und im Punkt D. Für den Fall der Parabel liegt der Brennpunkt im Punkt D und die Parabelachse ist parallel zur optischen Achse des Objektivs.

Es versteht sich von selbst, daß in den letzten beiden Fällen der Rasterabtastspiegel sich auf den Kurven selbst oder auf entsprechenden Krümmungskreisen analog wie im vorbeschriebenen Fall der Ellipse bewegen kann. Dabei ist der den Krümmungskreis der entsprechenden Kurve bestimmende Punkt der Mittelpunkt des analysierten Feldes. Die Maßnahmen zur Kompensation der dabei entstehenden Defokussierung sind analog denjenigen, die für die konkave Brennfläche getroffen wurden und vorstehend beschrieben sind.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur opto-mechanischen Abtastung eines in Bereiche eingeteilten Gesichtsfeldes und zur Sichtbarmachung dieses Feldes, wobei die Abtastung in zwei aufeinander senkrechten Richtungen, nämlich in einer als Zeilenabtastung bezeichneten x-Richtung und in einer als Bild- oder Rasterabtastung bezeichneten y-Richtung erfolgt und die Vorrichtung diese Abtastungen gemäß den von den einzelnen Bereichen des Gesichtsfeldes ausgehenden Strahlen vornimmt und diese Strahlen auf ein für die in den Strahlen enthaltene Strahlung empfindliches Element konvergieren läßt und in der Reihenfolge des von dem Gesichtsfeld kommenden, einfallenden Medianstrahles ein infrarotdurchlässiges Objektiv, Einrichtungen für die Rasterabtastung in der y-Richtung, ein Ablenksystem für die Umlenkung der durch die Öffnung des Objektivs begrenzten Strahlenbündel in Richtung auf die Zeilenabtasteinrichtungen für die Abtastung des Bildfeldes des Objektivs in der x-Richtung und das empfindliche Element (Detektor) enthält und die Zeilenabtasteinrichtungen, das empfindliche Element und gegebenenfalls weitere, mit den vorhergenannten in Verbindung stehende Teile zur unmittelbaren Sichtbarmachung des Bildes des analysierten Gesichtsfeldes dienen, wobei

• - die optische Achse (12) des Objektivs (11) in einer die y-Richtung enthaltenden, zur x-Richtung senkrechten Ebene P liegt und die Brennfläche (21) des Objektivs sphärisch ist und zwar derart, daß ihr Krümmungsmittelpunkt in der Mitte (O) der Austrittspupille des Objektivs liegt,
• - die Rasterabtasteinrichtungen aus einem ebenen Drehspiegel (14) bestehen, der sich um eine zur x-Richtung parallele Achse hin- und herdreht und im konvergierenden Strahlengang hinter dem Objektiv nahe dem Bildfeld des Objektivs liegt,
• - die Zeilenabtasteinrichtungen einerseits aus einer sich gleichförmig um eine feste, in der Ebene P liegende Achse YY′ drehenden Trommel (13′), die eine große Zahl von planen, reflektierenden, regelmäßig über ihren Umfang verteilten Flächen (17) besitzt und andererseits aus einem zur Ebene P symmetrischen Bildtransportsystem bestehen, das ein Bild des empfindlichen Elements (19) in einem festen Punkt A′ auf der Drehachse YY′ der Trommel erzeugt, und die Trommel im konvergierenden Strahlengang des Bildtransportsystems auf der Bildseite des empfindlichen Elements (19) liegt, wobei der Symmetriepunkt des Punktes A′ in bezug auf jede Fläche (17) der Trommel ein Punkt einer senkrecht zu YY′ verlaufenden Achse ZZ′ ist, wenn die Fläche (17) der Trommel senkrecht zur Ebene P steht,
• - das Ablenksystem aus einem konkaven, Feldspiegel genannten Spiegel (16) besteht, dessen Scheitelpunkt im wesentlichen in einem Punkt D, der das Zentrum des Bildfeldes des Objektivs darstellt, liegt, wobei dieser Feldspiegel (16) derart ausgelegt ist, daß er in Verbindung mit dem Rasterabtastspiegel (14) den Mittelpunkt O der Austrittspupille des Objektivs zu einem festen Punkt O′ auf der Achse YY′ konjugiert, und wobei der Feldspiegel (16) in x-Richtung höchstens eine Breite hat, die etwas geringer als die Länge der analysierten Zeile ist, die selbst gleich der Entfernung zwischen den Bildern des Detektors (19) in zwei aufeinanderfolgenden Flächen (17) der Trommel ist, und wobei der Feldspiegel (16) eine Bewegung mit kleiner Amplitude und in Phase mit der Bewegung der Rasterabtasteinrichtung erteilt erhält, nach Hauptpatent 26 04 700

dadurch gekennzeichnet, daß die Brennfläche (21) in bezug auf das einfallende Licht konkav ist, daß der Rasterabtastspiegel (14) bei seiner Hin- und Herbewegung entlang eines Teils einer Ellipse (23) bewegbar ist, wobei er zu dieser tangential bleibt, daß die Ellipse (23) in der Ebene P liegt,
daß ihre große Achse gleich dem Krümmungsradius der Brennfläche (21) ist,
daß in einem ihrer Brennpunkte das Zentrum (O) der Austrittspupille des Objektivs (11) und im anderen Brennpunkt der Punkt D liegt,
daß die Bewegung des Feldspiegels (16) eine oszillierende Drehbewegung um eine zur x-Richtung parallele durch den Punkt D gehende Achse ist,
und daß die Drehbewegung synchron zur Bewegung des Rasterabtastspiegels (14) derart verläuft, daß der Zentralstrahl des Bündels in die Richtung DO′ reflektiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Ellipse (23) im wesentlichen aus dem nahe bei D gelegenen, durch die kleine Achse begrenzten Teil der Ellipse (23) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsbahn des Rasterabtastspiegels (14) ein die Ellipse (23) approximierender Kreis ist, der die Ellipse im Zentrum des analysierten Feldes berührt und der den Berührungskreis der Ellipse in dem Berührungspunkt darstellt, und daß die durch die Näherung bedingte geringe Defokussierung durch eine geringfügige Versetzung der Drehachse des Feldspiegels (16) parallel zur Ebene P kompensiert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Feldspiegels (16) parallel zur Ebene P zum Schnittpunkt der Halbierenden des Nebenwinkels des Winkels EDO′ mit der Mittelsenkrechten der Strecke DF′₁ versetzt ist, wobei E der Berührpunkt zwischen dem Rasterabtastspiegel und der Bewegungsbahn im Zentrum des analysierten Feldes und F′₁ das durch den Rasterabtastspiegel (14) erzeugte Bild des Brennpunktes F₁ des Objektivs für eine Extremrichtung des analysierten Feldes ist.

5. Vorrichtung zur opto-mechanischen Abtastung eines in Bereiche eingeteilten Gesichtsfeldes und zur Sichtbarmachung dieses Feldes, wobei die Abtastung in zwei aufeinander senkrechten Richtungen, nämlich in einer als Zeilenabtastung bezeichneten x-Richtung und in einer als Bild- oder Rasterabtastung bezeichneten y-Richtung erfolgt und die Vorrichtung diese Abtastungen gemäß den von den einzelnen Bereichen des Gesichtsfeldes ausgehenden Strahlen vornimmt und diese Strahlen auf ein für die in den Strahlen enthaltene Strahlung empfindliches Element konvergieren läßt und in der Reihenfolge des von dem Gesichtsfeld kommenden, einfallenden Medianstrahles ein infrarotdurchlässiges Objektiv, Einrichtungen für die Rasterabtastung in der y-Richtung, ein Ablenksystem für die Umlenkung der durch die Öffnung des Objektivs begrenzten Strahlenbündel in Richtung auf die Zeilenabtasteinrichtungen für die Abtastung des Bildfeldes des Objketivs in der x-Richtung und das empfindliche Element (Detektor) enthält und die Zeilenabtasteinrichtungen, das empfindliche Element und gegebenenfalls weitere, mit den vorhergenannten in Verbindung stehende Teile zur unmittelbaren Sichtbarmachung des Bildes des analysierten Gesichtsfeldes dienen, wobei

• - die optische Achse des Objektivs in einer die y-Richtung enthaltenden, zur x-Richtung senkrechten Ebene P liegt und die Brennfläche des Objektivs eben ist und die Austrittspupille des Objektivs im Unendlichen liegt,
• - die Rasterabtasteinrichtungen aus einem ebenen Drehspiegel bestehen, der sich um eine zur x-Richtung parallele Achse hin- und herdreht und im Strahlengang hinter dem Objektiv nahe dem Bildfeld des Objektivs liegt,
• - die Zeilenabtasteinrichtungen einerseits aus einer sich gleichförmig um eine feste, in der Ebene P liegende Achse YY′ drehenden Trommel, die eine große Zahl von planen, reflektierenden, regelmäßig über ihren Umfang verteilten Flächen besitzt und andererseits aus einem zur Ebene P symmetrischen Bildtransportsystem bestehen, das ein Bild des empfindlichen elements in einem festen Punkt A′ auf der Drehachse YY′ der Trommel erzeugt, und die Trommel im konvergierenden Strahlengang des Bildtransportsystems auf der Bildseite des empfindlichen Elements liegt, wobei der Symmetriepunkt des Punktes A′ in bezug auf jede Fläche der Trommel ein Punkt einer senkrecht zu YY′ verlaufenden Achse ZZ′ ist, wenn die Fläche der Trommel senkrecht zur Ebene P steht,
• - das Ablenksystem aus einem konkaven, Feldspiegel genannten Spiegel besteht, dessen Scheitelpunkt im wesentlichen in einem Punkt D, der das Zentrum des Bildfeldes des Objektivs darstellt, liegt, wobei dieser Feldspiegel derart ausgelegt ist, daß er in Verbindung mit dem Rasterabtastspiegel den Mittelpunkt O der Austrittspupille des Objektivs zu einem festen Punkt O′ auf der Achse YY′ konjugiert, und wobei der Feldspiegel in x-Richtung höchstens eine Breite hat, die etwas geringer als die Länge der analysierten Zeile ist, die selbst gleich der Entfernung zwischen den Bildern des Detektors in zwei aufeinanderfolgenden Flächen der Trommel ist, und wobei der Feldspiegel eine Bewegung mit kleiner Amplitude und in Phase mit der Bewegung der Rasterabtasteinrichtung erteilt erhält, nach Hauptpatent 26 04 700

dadurch gekennzeichnet, daß der Rasterabtastspiegel bei seiner Hin- und Herbewegung entlang eines Teils einer Parabel bewegbar ist, wobei er zu dieser tangential bleibt, daß die Parabel in der Ebene P liegt, daß ihre Achse parallel zur optischen Achse des Objektivs verläuft und ihr Brennpunkt im Punkt D liegt,
daß die Bewegung des Feldspiegels (16) eine oszillierende Drehbewegung um eine zur x-Richtung parallele, durch den Punkt D gehende Achse ist,
und daß die Drehbewegung synchron zur Bewegung des Rasterabtastspiegels (14) derart verläuft, daß der Zentralstrahl des Bündels in die Richtung DO′ reflektiert wird.

6. Vorrichtung zur opto-mechanischen Abtastung eines in Bereiche eingeteilten Gesichtsfeldes und zur Sichtbarmachung dieses Feldes, wobei die Abtastung in zwei aufeinander senkrechten Richtungen, nämlich in einer als Zeilenabtastung bezeichneten x-Richtung und in einer als Bild- oder Rasterabtastung bezeichneten y-Richtung erfolgt und die Vorrichtung diese Abtastungen gemäß den von den einzelnen Bereichen des Gesichtsfeldes ausgehenden Strahlen vornimmt und diese Strahlen auf ein für die in den Strahlen enthaltene Strahlung empfindliches Element konvergieren läßt und in der Reihenfolge des von dem Gesichtsfeld kommenden, einfallenden Medianstrahles ein infrarotdurchlässiges Objektiv, Einrichtungen für die Rasterabtastung in der y-Richtung, ein Ablenksystem für die Umlenkung der durch die Öffnung des Objektivs begrenzten Strahlenbündel in Richtung auf die Zeilenabtasteinrichtungen für die Abtastung des Bildfeldes des Objektivs in der x-Richtung und das empfindliche Element (Detektor) enthält und die Zeilenabtasteinrichtungen, das empfindliche Element und gegebenenfalls weitere, mit den vorhergenannten in Verbindung stehende Teile zur unmittelbaren Sichtbarmachung des Bildes des analysierten Gesichtsfeldes dienen, wobei

• - die optische Achse des Objektivs in einer die y-Richtung enthaltenden, zur x-Richtung senkrechten Ebene P liegt und die Brennfläche des Objektivs sphärisch ist und zwar derart, daß ihr Krümmungsmittelpunkt in der Mitte der Austrittspupille des Objektivs liegt,
• - die Rasterabtasteinrichtungen aus einem ebenen Drehspiegel bestehen, der sich um eine zur x-Richtung parallele Achse hin- und herdreht und im Strahlengang hinter dem Objektiv nahe dem Bildfeld des Objektivs liegt,
• - die Zeilenabtasteinrichtungen einerseits aus einer sich gleichförmig um eine feste, in der Ebene P liegende Achse YY′ drehenden Trommel, die eine große Zahl von planen, reflektierenden, regelmäßig über ihren Umfang verteilten Flächen besitzt und andererseits aus einem zur Ebene P symmetrischen Bildtransportsystem bestehen, das ein Bild des empfindlichen Elements in einem festen Punkt A′ auf der Drehachse YY′ der Trommel erzeugt, und die Trommel im konvergierenden Strahlengang des Bildtransportsystems auf der Bildseite des empfindlichen Elements liegt, wobei der Symmetriepunkt des Punktes A′ in bezug auf jede Fläche der Trommel ein Punkt einer senkrecht zu YY′ verlaufenden Achse ZZ′ ist, wenn die Fläche der Trommel senkrecht zur Ebene P steht,
• - das Ablenksystem aus einem konkaven, Feldspiegel genannten Spiegel besteht, dessen Scheitelpunkt im wesentlichen in einem Punkt D, der das Zentrum des Bildfeldes des Objektivs darstellt, liegt, wobei dieser Feldspiegel derart ausgelegt ist, daß er in Verbindung mit dem Rasterabtastspiegel den Mittelpunkt O der Austrittspupille des Objektivs zu einem festen Punkt O′ auf der Achse YY′konjugiert, und wobei der Feldspiegel in x-Richtung höchstens eine Breite hat, die etwas geringer als die Länge der analysierten Zeile ist, die selbst gleich der Entfernung zwischen den Bildern des Detektors in zwei aufeinanderfolgenden Flächen der Trommel ist, und wobei der Feldspiegel eine Bewegung mit kleiner Amplitude und in Phase mit der Bewegung der Rasterabtasteinrichtung erteilt erhält, nach Hauptpatent 26 04 700

dadurch gekennzeichnet, daß die Brennfläche in bezug auf das einfallende Licht konvex ist,
daß der Rasterabtastspiegel bei seiner Hin- und Herbewegung entlang eines Teils einer Hyperbel bewegbar ist, wobei er zu dieser tangential bleibt,
daß die Hyperbel in der Ebene P liegt,
daß ihr einer Brennpunkt im Mittelpunkt O der Austrittspupille des Objektivs und ihr anderer Brennpunkt im Punkt D liegt,
daß die Bewegung des Feldspiegels (16) eine oszillierende Drehbewegung um eine zur x-Richtung parallele, durch den Punkt D gehende Achse ist,
und daß die Drehbewegung synchron zur Bewegung des Rasterabtastspiegels (14) derart verläuft, daß der Zentralstrahl des Bündels in die Richtung DO′ reflektiert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsbahn des Rasterabtastspiegels ein die Parabel oder die Hyperbel approximierender Kreis ist, der die Parabel oder die Hyperbel in einem Berührungspunkt berührt und der einen Krümmungskreis der Parabel oder der Hyperbel in dem Berührungspunkt darstellt, und daß die durch die Approximation eingetretene leichte Defokussierung durch eine Versetzung der Drehachse des Feldspiegels wie in Anspruch 4 angegeben kompensiert wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Rollschienen parallel zur Ebene P ausgerüstet ist, daß die Rollschienen im Schnitt die Form der von dem Rasterabtastspiegel umhüllten Kegelschnittkurve (Bahnkurve) aufweisen und daß der Spiegel in diesen Schienen rollt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rasterabtastspiegel fest mit einem Arm konstanter Länge verbunden ist, der um eine durch das Zentrum der Bahnkurve gehende Achse drehbar ist.